Grupa azotului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Mostre ale elementelor grupului azotat.

Elementele grupului 15 din tabelul periodic sau elementele grupului azot sunt: azot (N), fosfor (P), arsenic (As), antimoniu (Sb) și bismut (Bi). Muscovius (Mc) aparține, de asemenea, acestui grup, dar doar câțiva atomi au fost produși și proprietățile sale fundamentale sunt încă necunoscute. [1] În nomenclatura chimică anterioară, grupa 15 a fost denumită VB sau VA . Aceste elemente se mai numesc și pnicogene , un nume puțin folosit în limba italiană, în timp ce în alte limbi este mai des folosit. Termenul pnicogen a fost inventat în anii cincizeci ai secolului trecut de Anton Eduard van Arkel pornind de la cuvântul grecesc pnikta , „lucruri înăbușite”, referindu-se la proprietățile sufocante ale azotului. [2]

Surse

Azotul se obține prin distilarea fracționată a aerului, care conține aproximativ 78% din acesta. Fosforul se obține din roci fosfat prin reducerea cu cărbune în cuptoarele cu arc electric . Arsenicul se obține, în general sub formă de oxid, ca subprodus al rafinării mineralelor care conțin metale prețioase. Antimoniul se obține din minerale, în principal sulfuri, cu procese de extracție care depind de calitatea mineralului utilizat. Majoritatea bismutului se obține ca produs secundar al prelucrării minereului de plumb și cupru. [1]

Toxicitate

Azotul este netoxic, dar aerul fără oxigen provoacă asfixierea . Formarea bulelor de azot gazos din sânge, de exemplu în cazul scufundărilor , poate duce la boală de decompresie . Mulți compuși de azot precum cianura de hidrogen și explozivi sunt periculoși. Fosforul este inofensiv și esențial pentru viață sub formă de ion fosfat : în corpul uman cea mai mare parte a fosforului este conținută în oase , dar este prezentă și în ADN , ATP și multe alte biomolecule. Pe de altă parte, fosforul în formă elementară este toxic: 100 mg de fosfor alb pot ucide un om. Respirația în formă gazoasă provoacă o boală profesională care se manifestă prin necroză a maxilarului. Unii compuși organici ai fosforului sunt foarte toxici, deoarece inhibă funcționarea unor enzime . Arsenicul și toți compușii săi anorganici sunt foarte toxici. Doza letală de arsenic pentru un om este de aproximativ 200 mg. Cu toate acestea, arsenicul este esențial în cantități mici la unele animale și poate și la om; în doze mici este utilizat în unele medicamente. Antimoniul și bismutul nu au roluri biologice. Antimoniul este mai puțin toxic decât arsenicul. Cu toate acestea, dacă este luat în doză mare, provoacă vărsături; mai târziu, victima pare să-și revină, dar moare după câteva zile. Compușii pot fi mult mai otrăvitori decât antimoniul pur. Deși bismutul este un element greu, nu este toxic, dar în cantități excesive poate deteriora ficatul. [1]

Aplicații

Azotul are trei utilizări principale: obținerea de atmosfere inerte, ca lichid frigorific în criogenie și ca materie primă pentru toți compușii de azot sintetizați de industria chimică începând de la amoniac . Cea mai mare parte a fosforului este obținută sub formă de fosfat și utilizată pentru obținerea îngrășămintelor ; fosforul elementar are o utilizare mai limitată ca materie primă pentru a produce PCl 3 , P 2 S 5 și alți derivați. Arsenicul este utilizat în principal în unele aliaje neferoase și în industria electronică pentru fabricarea semiconductoarelor . Antimoniul elementar este utilizat în multe aliaje metalice; la fel ca Sb 2 O 3 este utilizat pentru obținerea de ignifugi pentru diverse materiale. Bismutul este utilizat în principal pentru obținerea aliajelor metalice cu punct de topire scăzut. [1]

Proprietate

Unele proprietăți ale elementelor grupului sunt colectate în tabelul următor. [3] [4] [5]

Unele proprietăți ale elementelor grupului azotat
Element Configurare
Electronică
 rază
covalent
( pm )		 rază
ionic
(p.m)		 Punctul
fuziune
(° C)		 Punctul
fierbere
(° C)		 Densitate

(g cm −3 )		 Electro-
negativitate
Nu. [El] 2s 2 2p 3 75 171 (N 3– ) –210 –196 - 3.0
P. [Ne] 3s 2 3p 3 110 212 (P 3– ) 44 277 1,82 2.2
La fel de [Ar] 3d 10 4s 2 4p 3 122 - 614 subl. - 5,78 (α) 2.2
Sb [Kr] 4d 10 5s 2 5p 3 143 92 (Sb 3+ ) 631 1750 6,68 (α) 2.1
Bi [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 3 152 103 (Bi 3+ ) 271 1564 9,81 (α) 2.0

Reactivitatea chimică și tendințele grupului

Elementele grupului 15 au o configurație electronică externă ns 2 np 3 , cu un electron nepereche în fiecare p orbital; rezultă logic stările de oxidare –3, +3 și +5. Mai precis, azotul este singurul element al grupului care reușește să își asume toate valorile posibile de la –3 la +5. Pentru celelalte elemente ale grupului, stările de oxidare –3, +3 și +5 sunt observate ca fiind previzibile, chiar dacă coborând în grup, starea de oxidare +5 își pierde importanța față de +3. Acest lucru este cunoscut sub numele de efect de cuplu inert . [3] [4] Alte proprietăți, cum ar fi dimensiunea și electronegativitatea, se modifică în mod substanțial regulat, așa cum era de așteptat .

Primul element al grupului este un nemetal ; coborând de-a lungul grupului caracterul metalic crește. Fosforul se comportă în continuare ca un nemetal și prezintă substanțe chimice esențial covalente ca azotul. Arsenicul, antimoniul și bismutul prezintă un comportament din ce în ce mai metalic și preferă să formeze specii cationice. Creșterea caracterului metalic care coboară în grup este, de asemenea, indicată în mod clar de comportamentul oxizilor , care variază de la caracterul acid al fosforului (de exemplu, P 4 O 10 ) la caracterul de bază al bismutului ( Bi 2 O 3 ). Fiind spre centrul blocului p, elementele ar putea dobândi electroni, ajungând la configurația următorului gaz nobil, dar energiile implicate sunt foarte mari și, prin urmare, anionii sunt rari (de exemplu, N 3– , ion nitrură ). Pe de altă parte, de asemenea, energiile de ionizare sunt mari și, prin urmare, nu există cationi simpli M 3+ sau M 5+ ; Pe de altă parte, se pot forma oxocații de tip SbO + și BiO + (ioni antimonil și bismutil). Practic cea mai mare parte a chimiei grupului este covalentă , în timp ce ionii simpli sunt rari. [3] [4]

Similar cu ceea ce se observă în grupurile 13-16, în general proprietățile chimice ale primului element (azot) sunt semnificativ diferite de celelalte elemente ale grupului, în timp ce al doilea (fosfor) are proprietăți chimice mai asemănătoare cu cele mai grele congeneri. Aceste diferențe pot fi raționalizate cu diverse considerații: [3] [4]

  • Azotul poate crea cu ușurință mai multe legături pπ - pπ , similare cu carbonul . Congenerii superiori au dificultăți în realizarea legăturilor pπ - pπ, deoarece dimensiunea mai mare a atomului face dificilă suprapunerea între orbitalele p ale atomilor vecini. Acest impediment devine din ce în ce mai mare pe măsură ce coborâți în grup. Prin urmare, azotul elementar formează molecula diazot, N 2, cu o rezistență foarte mare legătură și o distanță mică internuclear, în conformitate cu o N≡N triplă legătură. Puterea legăturii triple N≡N (866 kJ / mol) este principala cauză a inerției chimice a N 2 , care reacționează foarte greu la temperatura camerei. Pe de altă parte, molecula P 4 conține numai legături tensionate simple și se aprinde spontan în aer. Pe de altă parte, legătura unică N ー N este destul de slabă (160 kJ / mol) în comparație cu legătura C - C (356 kJ / mol), [3] și rezultatul este că azotul are o tendință redusă de concatenare, tipic de carbon.
  • Dincolo de asemănările stoichiometriei de tip NH 3 și PH 3 , comportamentul chimic al azotului și fosforului este foarte diferit și din motive similare celor care determină comportamentul diferit al carbonului și siliciului : fosforul (și congenerii superiori) au dificultăți în realizarea pπ - pπ legături și au la dispoziție d orbitale. Unele consecințe sunt: ​​(a) oxizii de azot conțin legături multiple N = O, în timp ce oxizii de fosfor conțin legături P-O simple; (b) azotul poate face maximum patru legături covalente ( NH 4 + ) și trebuie să respecte regula octetului, în timp ce pornind de la fosfor octetul poate fi extins și, prin urmare, acidul azotic este HNO 3 și acidul fosforic este H 3 PO 4 ; (c) pornind de la fosfor este posibil să existe numere de coordonare mai mari de patru ( PF 5 , PF 6 - ).
  • Compuși cum ar fi NR3 , PR 3 , Asr 3 , etc au o pereche de electroni unshared și funcția poate ca baze Lewis , dar capacitățile donatorilor sunt diferite. Azotul nu are orbitali acceptori și se comportă ca un donator σ pur, în timp ce congenerii superiori au d orbitali disponibili, care pot accepta densitatea electronilor din orbitalii d ai metalelor pentru a forma legături dπ - dπ.

Notă

  1. ^ a b c d Emsley 2011 .
  2. ^ Girolami 2009 .
  3. ^ a b c d și Cotton și colab. 1991 .
  4. ^ a b c d Greenwood și Earnshaw 1997 .
  5. ^ Housecroft și Sharpe 2008 .

Bibliografie

Elemente conexe

Controlul autorității LCCN (EN) sh2003001134 · GND (DE) 4183263-2
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Gruppo_dell%27azoto&oldid=120578512 ”